Mikroskopické roje robotov vyčistia upchaté dutiny bez antibiotík

Chronická sinusitída, čiže zápal prínosových dutín, je pre milióny ľudí na celom svete zdrojom neustálej frustrácie a bolesti. Ide o stav, ktorý sa často vzpiera konvenčnej liečbe a vracia sa s neúprosnou pravidelnosťou. Predstavte si však radikálne nový prístup: namiesto ďalšej dávky antibiotík alebo invazívneho chirurgického zákroku vám lekár do nosa vyšle roj mikroskopických robotov. Tieto neviditeľné stroje, každý menší ako zrnko prachu, sú naprogramované na jedinú misiu – nájsť a zničiť infekciu priamo v jej ohnisku.

Hoci to znie ako vedecká fantastika, vďaka prelomovému výskumu vedcov z Číny a Hongkongu sa táto vízia rýchlo stáva realitou. Kľúčom k pochopeniu, prečo je táto technológia taká revolučná, je poznanie úhlavného nepriateľa: bakteriálnych biofilmov. Keď sa baktérie usídlia v našom tele, často vytvárajú ochranné štíty – lepkavé povlaky zložené z cukrov a bielkovín. Tento biofilm funguje ako pevnosť, ktorá chráni mikrobiálne kolónie nielen pred imunitným systémom tela, ale aj pred antibiotikami, ktoré nedokážu preniknúť cez jeho hustú štruktúru.

Práve preto sú mnohé infekcie dutín také úporné. Mikroroboty však ponúkajú úplne novú stratégiu. Namiesto systémového zaplavenia tela liekmi, ktoré má vedľajšie účinky a prispieva k rastúcej hrozbe antibiotickej rezistencie, táto technológia predstavuje cielený, neinvazívny a bezliekový zásah. Je to prísľub novej éry v medicíne, kde sa bitky proti infekciám budú vyhrávať s chirurgickou presnosťou na mikroskopickej úrovni. Títo miniatúrni bojovníci nie sú zmenšenými verziami terminátorov, ako by si niekto mohol predstavovať.

V skutočnosti ide o častice tak malé, že sú voľným okom neviditeľné, s veľkosťou porovnateľnou so zrnkom prachu alebo zlomkom šírky ľudského vlasu. Ich presné zloženie odhaľuje vrchol materiálového inžinierstva. Sú to takzvané fotokatalytické mikroroboty na báze oxyjodidu bizmutu s jedným atómom medi, odborne označované ako CBMRs (copper single atom–loaded bismuth oxoiodide photocatalytic microrobots). Pre laika to znamená, že každá častica má magnetické jadro obalené v plášti zo zlúčeniny bizmutu, kyslíka a jódu (BiOI), do ktorej sú strategicky vložené jednotlivé atómy medi.

Práve táto unikátna kombinácia materiálov im prepožičiava ich výnimočné schopnosti. Nasadenie tejto mikroskopickej armády je prekvapivo jednoduché a minimálne invazívne. Roj robotov sa do nosových dutín dopraví pomocou tenkej a ohybnej trubičky, známej ako katéter, ktorá sa zavedie cez nosovú dierku. Tým sa eliminuje potreba chirurgického rezu a znižuje sa nepohodlie pre pacienta. Geniálnosť tejto technológie nespočíva v jedinej vlastnosti, ale v dokonalej súhre troch odlišných útočných mechanizmov, ktoré spoločne pracujú na rozložení bakteriálnej pevnosti.

^{Zdroj Foto: The Chinese University of Hong Kong}

Tento synergický prístup je kľúčom k jej účinnosti. Prvá fáza útoku je mechanická. Po dopravení do dutín sú mikroroboty pomocou externého magnetického poľa, ktorého polohu lekári sledujú zobrazovacími metódami, presne navedené k miestu infekcie. Manipuláciou s magnetickým poľom vedci dokážu prinútiť roboty, aby sa zoskupili do reťazcov a začali rýchlo rotovať. Týmto pohybom vytvárajú vír, ktorý mechanicky rozrušuje a mieša hustý, viskózny hnis a vonkajšie vrstvy biofilmu.

Je to akoby mikroskopický mixér, ktorý fyzicky narúša obranu nepriateľa. Keď je biofilm mechanicky oslabený, prichádza na rad druhá, tepelná fáza. Do dutiny sa zavedie tenké optické vlákno, ktoré na roj robotov nasmeruje lúč viditeľného svetla. Materiál BiOI v ich plášti toto svetlo absorbuje a premieňa ho na teplo. Lokálne zahriatie spôsobí, že sa lepkavý biofilm stenčí – podobne ako sa med stáva tekutejším po zohriatí. Tým sa ďalej oslabuje jeho štruktúra a robotom sa umožňuje preniknúť ešte hlbšie do bakteriálnej kolónie.

Posledný, rozhodujúci úder je chemický. To isté svetlo, ktoré generuje teplo, spúšťa vo fotokatalytickom plášti robotov aj chemickú reakciu. Táto reakcia produkuje z okolitého kyslíka a vody vysoko toxické molekuly známe ako reaktívne formy kyslíka (ROS), konkrétne superoxidové a hydroxylové radikály. Tieto molekuly fungujú ako lokalizovaná chemická zbraň, ktorá ničí bunkové steny baktérií a zabíja ich priamo na mieste, a to všetko bez použitia jediného antibiotika.  

Účinnosť tohto prístupu už bola potvrdená v predklinických testoch na zvieracích modeloch, ktoré sú anatomicky podobné človeku. V laboratórnych testoch na tkanive z prasacích dutín liečba zlikvidovala až 97 % baktérií. Ešte pôsobivejšie výsledky sa ukázali v testoch na živých králikoch, kde sa koncentrácia baktérií v biofilme znížila z 90 % na iba 1 %. Čo je najdôležitejšie, tieto výsledky boli dosiahnuté bez toho, aby došlo k významnému poškodeniu okolitého zdravého tkaniva alebo nosových buniek.

Tieto zistenia dokazujú nielen účinnosť, ale aj bezpečnosť a presnosť tejto cielenej terapie. Samozrejme, vynára sa kľúčová otázka: čo sa stane s robotmi po ukončení liečby? Výskumníci však prišli s elegantným riešením, ktoré využíva prirodzené mechanizmy tela. Po dokončení svojej misie sú mikroroboty jednoducho odstránené pomocou riasiniek (cílií) – drobných vlasových štruktúr v nosovej sliznici, ktoré neustále posúvajú hlien von z tela. Roboty sa tak prirodzene vylúčia pri smrkaní alebo kýchaní, bez potreby ďalšieho zákroku.

Odborníci predpokladajú, že táto technológia by mohla byť dostupná pre klinické skúšky na ľuďoch a následne schválená na použitie v priebehu piatich až desiatich rokov. Jej potenciál sa navyše neobmedzuje len na dutiny. Výskumníci už skúmajú jej využitie pri liečbe infekcií v močovom mechúre, črevách a dýchacích cestách (napríklad pri cystickej fibróze).  

V konečnom dôsledku predstavuje táto technológia viac než len nový liek na upchatý nos. Je to dôkaz o zrode novej triedy medicínskych zákrokov: vysoko cielených, bezliekových a multimodálnych mikrorobotických platforiem. V čase, keď svet čelí rastúcej kríze antibiotickej rezistencie, prichádzajú tieto mikroskopické armády ako prísľub budúcnosti, v ktorej dokážeme vyhrávať bitky tam, kde naše najlepšie lieky už zlyhávajú.  

Zdroj: newatlas.com.

^{Zdroj Foto: depositphotos.com.}